圓柱繞流

二維圓柱低速定常繞流的流型只與Re數有關。在Re≤1時，流場中的慣性力與粘性力相比居次要地位，圓柱上下游的流線前後對稱，阻力係數近似與Re成反比(阻力係數為10~60)，此Re數範圍的繞流稱為斯托克斯區；隨著Re的增大，圓柱上下游的流線逐漸失去對稱性。

基本介紹

• 中文名：圓柱繞流
• 外文名：flow around a circular cylinder
• 學科：數學
• 性質：名詞
• 特點：低速

簡介

在理想不可壓縮流體中，均勻來流繞無限長圓柱體的流動。由平行流動勢流和位於圓心位置並與平行流方向相反的平面偶極子勢流疊加(a為圓柱體半徑, V..為均勻來流的流速)，可得該繞流問題的解。

圓柱繞流的分類

可分為無環量圓柱繞流和有環量圓柱繞流。

1、無環量圓柱繞流，流速及壓強分布具有對稱性，圓柱面不承受合力，A. B兩點的流速等於零為駐點(圖1)。

2、有環量圓柱繞流，由於存在環量使流場的上半平面與下半平面不對稱，若r<0 (圖2)

圖2

理想狀態下的圓柱繞流

理想流體的無環量及有環量圓柱繞流作為一種基本解是有實用意義的，例如任意柱形物體(如機翼)不脫離繞流問題，藉助於保角映射函式可將柱體剖面變換成圓，從而歸結為有環最圓柱繞流問題。

特點

當Re>4時，沿圓柱表面流動的流體在到達圓柱頂點（90度）附近就離開了壁面，分離後的流體在圓柱下游形成一對固定不動的對稱漩渦（附著渦），渦內流體自成封閉迴路而成為“死水區”（阻力係數2～4）；隨著Re的增大，死水區逐漸拉長圓柱前後流場的非對稱性逐漸明顯，此Re數範圍稱為對稱尾流區。Re>40以後，附著渦瓦解，圓柱下游流場不再是定常的，圓柱後緣上下兩側有渦周期性地輪流脫落，形成規則排列的渦陣，這種渦陣稱為卡門渦街；此Re數範圍稱為卡門渦街區（阻力係數1～2）。

Re>300以後，圓柱後的“渦街”逐漸失去規則性和周期性，但分離點（約82度）前圓柱壁面附近仍為層流邊界層，分離點後為層流尾流。當Re*>200000~400000時，層流邊界層隨時有可能轉涙為湍流，分離點後移至100度以後，湍流時繞流尾跡寬度減小，阻力係數驟減（從1減到0.2）。